可调谐光子晶体滤波器
大连理工大学专业学位硕士学位论文
目录
摘要............................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................ II 1. 绪论.......................................................................................................................... - 1 -
1.1 课题来源........................................................................................................ - 1 -
1.2 课题研究的背景及意义................................................................................ - 1 -
1.3 国内外研究发展现状.................................................................................... - 2 -
1.3.1 一维光子晶体生物传感器................................................................. - 2 -
1.3.2 光子晶体板传感器............................................................................. - 2 -
1.3.3 光子晶体波导传感器......................................................................... - 3 -
1.3.4 光子晶体微腔生物传感器................................................................. - 4 -
1.4 本章小结........................................................................................................ - 5 -
2. 光子晶体的基本理论与制备方法.......................................................................... - 6 -
2.1 光子晶体概述................................................................................................ - 6 -
2.2 光子晶体分类................................................................................................ - 7 -
2.2 光子晶体的特性分析.................................................................................... - 7 -
2.2.1 光子带隙的意义................................................................................. - 7 -
2.2.2 光子局域特性分析............................................................................. - 8 -
2.3 光子晶体制备方法研究................................................................................ - 9 -
2.3.1 传统光刻蚀法..................................................................................... - 9 -
2.3.2 电化学刻蚀法................................................................................... - 10 -
2.3.3 显微操纵法....................................................................................... - 11 -
2.4 本章小结...................................................................................................... - 12 -
3. 光子晶体的分析理论与方法................................................................................ - 13 -
3.1 基本理论分析基础—麦克斯韦方程组...................................................... - 13 -
3.1.1 麦克斯韦方程组............................................................................... - 13 -
3.1.2 本构方程关系式............................................................................... - 15 -
3.2 色散与群速度.............................................................................................. - 17 -
3.3 光子晶体的分析计算方法.......................................................................... - 18 -
3.3.1 时域有限差分法............................................................................... - 18 -
3.3.2 平面波展开法................................................................................... - 21 -
3.4 本章小结...................................................................................................... - 25 -
4. 二维光子晶体设计................................................................................................ - 26 -
4.1 二维光子晶体波导滤波器研究.................................................................. - 26 -
可调谐光子晶体滤波器
4.2 结果与分析.................................................................................................. - 28 -
4.3 二维光子晶体微腔滤波器研究.................................................................. - 29 -
4.4 本章小结...................................................................................................... - 31 -
5. 可调谐二维光子晶体波导滤波器设计................................................................ - 32 -
5.1 可调谐的来源.............................................................................................. - 32 -
5.2 可调谐光子晶体的调谐机制.............................................................. - 33 -
5.2.1 电场调节........................................................................................... - 34 -
5.2.2 磁场调节........................................................................................... - 34 -
5.2.3 压力调节........................................................................................... - 34 -
5.2.4 温度调节........................................................................................... - 35 -
5.3 折射率变化对光子晶体波导传感器的调谐.............................................. - 35 -
5.4 宽度渐变光子晶体波导生物传感器研究.................................................. - 37 -
5.5 本章小结...................................................................................................... - 41 -结论..................................................................................................................... - 42 -参考文献......................................................................................................... - 43 -攻读硕士学位期间发表学术论文情况..................................................................... - 47 -致谢..................................................................................................................... - 48 -大连理工大学学位论文版权使用授权书................................................................. - 49 -
THz波段的F_P光子晶体滤波器
THz 波段的F -P 光子晶体滤波器 * 周 梅 1) 陈效双 2)- 王少伟 2) 张建标 2) 陆 卫 2) 1)(中国农业大学理学院应用物理系,北京 100083) 2)(中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海 200083) (2005年11月23日收到;2005年12月11日收到修改稿) 理论上设计了一系列一维非周期光子晶体,这些光子晶体具有超窄带滤波的特性.并利用成熟的半导体工艺制备出了具有此性能的滤波器.通过比对理论和实验上的透射光谱,得到了两者符合较好的结果. 关键词:THz 波段,F -P 滤波器,非周期,光子带隙 PACC :7820P,4270Q *国家重点基础研究发展规划(973)(批准号:2001CB61040),中国科学院/百人计划0基金(批准号:200012),国家自然科学基金重点项目(批准号:10234040),上海科学技术委员会重点基金项目(批准号:02DJ14066)和上海市自然科学基金(批准号:03ZR14023)资助的课题.-E -mail:xschen@mail.si https://www.360docs.net/doc/8413902651.html, 11引言 THz(Terahertz)波段是介于红外与微波之间的一个波段,其频率范围一般在011)10THz(1THz=1012 Hz),具有广泛的应用前景,而以往却是研究得最少.由于最近发现THz 波段在医学影像、化学检测与分析、天文学甚至无线通讯等领域有着巨大的应用潜力 [1)3] ,使得人们对该领域产生了很大的兴趣. 最近THz 波段激光器(414THz)的研制成功[1] ,无疑 将对该领域起到极大的促进作用.众所周知,对于任何波段电磁波的应用都有三个重要环节:光源、传输和探测,只有对这三个重要环节的研究都有所突破,才能真正实现THz 波段的应用.目前对THz 波段的研究主要集中在THz 光源和探测上,控制其传输方面的研究相对较少. 光子带隙作为光子晶体的一个基本特性,具有控制电磁波传输的能力 [4)6] ,可应用于如滤波器、偏 振器及反射器等许多光学元件[7)10] ,因此对THz 波 段光子晶体的研究有利于人们对THz 波段电磁波传输的调控.尽管大部分光子晶体材料的实验研究都集中在微波 [9,11,12] 、红外 [13,14] 及可见 [15,16] 波段,但 是最近,人们也通过微机械加工[17] 、激光快速原位 成形(laser rapid prototyping )等方法[8,18,19] 制备出了 THz 波段的光子晶体,这些对THz 波段光子晶体的 研究和应用都具有相当重要的意义. 作为最简单的一维光子晶体,其理论研究和实验研究都已经比较成熟 [20] ,而且早在光子晶体的概 念提出之前就已经得到广泛应用.比如光学薄膜中的K P 4高反膜就属于一种特殊结构的一维光子晶体,在激光和光学设备中应用广泛.然而,这种多层膜的高反区(反射率高于95%的区域,high refractive region,HRR)较窄,除了增大高、低折射率层的折射率反差外[21] ,如果适当地引入无序,也可以使HRR 变宽[6,22] .当前对一维系统光局域的理论[23)30] 和实 验 [31] 研究表明,如果在一维多层周期膜系(一维光 子晶体)中引入无序,光就会被局域起来.因此,可以利用这种特性,来实现光子晶体的一些特殊用途.本文就是利用这样的特性,在理论上设计了THz 波段的F -P 光子晶体滤波器,并借助于成熟的半导体工艺制备出具备此性质的样品. 21THz 波段F -P 滤波器的设计 常规的超窄带通滤光片多采用类似于F -P 干涉仪的结构,即在两个K P 4膜系构造的高反射层间夹共振腔的设计.这种设计可以给出带宽非常窄的滤光片,但它对膜系中厚度的涨落非常敏感.只要膜层厚度出现微小的涨落,就会使滤光片的性能明显退化.为此,我们提出用非周期型的膜系替代常规的两 第55卷第7期2006年7月1000-3290P 2006P 55(07)P 3725-05 物 理 学 报 AC TA PHYSIC A SINICA Vol.55,No.7,July,2006 n 2006Chin.Phys.Soc.
新型宽带大动态毫米波器件及应用中的微波光子学基础研究论文已处理
新型宽带大动态毫米波器件及应用中的微波光子学基 础研究论文 项目名称: 新型宽带大动态毫米波器件及应用中的微波光子学基础研究 首席科学家: 起止年限: 依托部门: 一、研究内容 围绕三个关键科学问题,对六项内容展开研究: 1.基于全光频域信号变换的复杂宽带毫米波信号的产生 (1)光频梳新原理与新方法研究 研究以较低频率的微波调制信号通过电光调制变换产生宽带光谱的新方法。研究激光器相位噪声与微波信号的相互作用机理,揭示光源相位噪声对输出谱线相位影响的内在规律;探索进一步增大输出光谱可利用带宽的新方法。 (2)光学非线性光频谱扩展与光频梳稳定的机制研究 将基于非线性光学理论,研究多谱线光谱扩展与稳定的方法。研究高功率密度的多光频分量在高非线性器件中的相互作用机理,揭示非线性过程对频谱相位噪声影响的内在规律;研究高转换效率的非线性光谱展宽技术和相关器件的实现方法;研究反馈控制回路特性、光腔稳定方法等对频谱噪声、抖动等特性的影响,探索获得高稳定度带宽光谱输出的新方法。 (3)全光频域信号变换机制对光生毫米波信号保真度的作用研究 研究全光频域信号变换中的信号失真与混叠机理;研究空域光束分布及
变换方式等对波形失真影响的机理。 2. 光波相位控制机理与毫米波稳相传输 (1)毫米波光纤传输中相位噪声的形成与演化过程研究 研究光纤色散、非线性、偏振效应与毫米波相位噪声之间的物理关联性,揭示毫米波光纤传输中相位噪声的形成与演化机理,为毫米波传输相位噪声的控制提供依据。 (2)光纤传输的时域非互易性规律及其对稳相精度的影响研究 探索基于时域非互易的光纤传输稳相理论,研究非互易性控制方法。重点研究光纤相位扰动互易性与光纤物理参数之间的规律;研究高精度、大范围的光波相位误差检测理论和方法,创建基于光波相位误差检测的光纤传输相位测量系统;探索新型的相位校正理论和方法。 (3)毫米波相位控制机制与毫米波光子移相器的研究 光波相位与毫米波相位之间的相互作用和控制机制,研究基于光波相位控制的毫米波光子相位控制方法;研制相应的毫米波光子移相器。 (4)相位误差检测机制与光波、毫米波鉴相器的研究 研究毫米波鉴相精度与非线性混频效率和激光相位噪声之间的物理关联性,研究基于光学非线性效应的毫米波相位误差检测机制;研制高精度的毫米波光子鉴相器。 3.光-毫米波频谱转换理论与宽带毫米波的动态可重构信号处理 (1)光载毫米波信道化滤波器的原理与方法 研究PS-FBG的结构、提高PS-FBG通带和截止带之间过渡带斜率的工艺。面向频率覆盖至300GHz及以上频段,研究增强PS-FBG透过谱带宽的理论与工艺。
数字调谐滤波器原理
浅谈数字调谐滤波技术 在无线通信中使用跳频技术是通信中主要的保密和抗干扰手段之一。系统中使用数字调谐中心频率的带通滤波器可以改善系统的抗干扰性能。 需要传送的数字或模拟信号信息一般是低频信号，必须被载波调制到特定射频段才能通过天线发射出去。随着通讯技术发展，定载频技术在军事通讯中的保密、抗干扰、频带利用等方面逐渐暴露出问题，为解决这些问题，跳频(Frequency Hopping Spread Spectrum, FH-SS)通讯技术逐步发展起来。数字调谐滤波器是跳频系统中随计算机控制技术出现后发展起来的一类数字调谐控制频带的、有一定功率容量的滤波器。 1 数字调谐滤波技术发展现状 传统的定载频信号发信机被传送的信息可以是模拟的或数字的信号形式，信号经过调制，获得副载波频率固定的已调波信号，再与频率合成器输出的主载波频率信号进行混频，使其输出的已调波信号的载波频率达到射频通带的要求，后馈至天线发射出去。收信机通过带通滤波器选定需要的载波频率信号，经过放大、频率合成器、解调器，得到发信机传送来的信息。 跳频系统的频率合成器通过跳频指令控制输出载波信号的频率。跳频指令发生器可以不断地发出指令，控制频率合成器不断地改变其输出载波的频率。因此，混频器输出的已调波的载波频率也将随着指令不断地跳变，从而经滤波器和天线发送出去的就是跳频信号，就是跳频通讯技术。 跳频通讯是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信方式。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号;从频域上来看，跳
晶体管电子滤波器
直流电源滤波电路及电子滤波器原理分析 整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0．01．故整流输出的电压必须采取一定的措施．尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。 直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量 半波整流输出电压的脉动系数为S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1／(4(RLC／T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。) RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1虚线 框即为加的一级RC滤波电路。若用S'表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R')S'。 由分析可知，在ω值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越好。而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；若增大C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。 为了解决这个矛盾，于是常常采用有源滤波电路，也被称作电子滤波器。电路如图2。它是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器件--晶体管T组成的射极输出器连接而成的电路。由图2可知，流过R的电流IR=IE／(1+β)=IRL ／(1+β)。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+β)．所以可以采用较大的R，与C2配合以获得较好的滤波效果，以使C2两端的电压的脉动成分减小，输出电压和C2两端的电压基本相等，因此输出电压的脉动成分也得到了削减。 从RL负载电阻两端看，基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路，相当于R减小了(1+β)倍，而C2增大了(1+β)倍。这样所需的电容C2只是一般RCπ型滤波器所需电容的1／β，比如晶体管的直流放大系数β=50，如果用一般RCπ
金属同轴腔滤波器设计要点
金属同轴腔滤波器设计 摘要 近年来，随着移动通信、导航技术和电子对抗的快速发展，对现有微波元器件的需求和性能的改进都提出了很高的要求。同轴腔体带通滤波器作为微波带通滤波器中应用最广的一种滤波器，具有功率容量大、插入损耗低、寄生通带远等特点,在现代无线通信、数字电视广播、卫星导航、遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用。 本文对同轴腔体带通滤波器做了详细的分析，分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性，主要包括谐振频率、谐振腔的耦合结构和外部品质因数等。利用响应函数得到腔体之间的耦合系数。应用三维全波仿真软件,分析了腔体结构参数与耦合系数和耦合窗的关系。最后论文给出了同轴腔滤波器设计实例，测试结果性能良好，符合设计指标要求。 关键词：微波滤波器带通滤波器同轴谐振腔全波仿真分析 1
ABSTRACT With the rapid development of mobile communication system, the quality of microwave components is becoming more and more important. As a microwave band-pass filter, coaxial cavity filter is widely applied in modern wireless communication and radar systems, for its high power capacity, low insertion loss and far spurious pass-band. Based on the research of coaxial filter, the electromagnetic properties of coaxial cavity resonator are proposed in the paper, including resonant frequency, coupling structure and external Q of the cavities. The coupling coefficient of filter can be getting by utilizing response function. The width of coupling windows and in-put/out-put coupling lines are acquired by full wave simulation and optimization. At last, a coaxial cavity filter is designed and measured, which has perfect performances and is satisfied with the technical specifications. Key Words: microwave filter band-pass filter coaxial resonator full wave simulation
可调谐光子晶体滤波器
大连理工大学专业学位硕士学位论文 目录 摘要............................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................ II 1. 绪论.......................................................................................................................... - 1 - 1.1 课题来源........................................................................................................ - 1 - 1.2 课题研究的背景及意义................................................................................ - 1 - 1.3 国内外研究发展现状.................................................................................... - 2 - 1.3.1 一维光子晶体生物传感器................................................................. - 2 - 1.3.2 光子晶体板传感器............................................................................. - 2 - 1.3.3 光子晶体波导传感器......................................................................... - 3 - 1.3.4 光子晶体微腔生物传感器................................................................. - 4 - 1.4 本章小结........................................................................................................ - 5 - 2. 光子晶体的基本理论与制备方法.......................................................................... - 6 - 2.1 光子晶体概述................................................................................................ - 6 - 2.2 光子晶体分类................................................................................................ - 7 - 2.2 光子晶体的特性分析.................................................................................... - 7 - 2.2.1 光子带隙的意义................................................................................. - 7 - 2.2.2 光子局域特性分析............................................................................. - 8 - 2.3 光子晶体制备方法研究................................................................................ - 9 - 2.3.1 传统光刻蚀法..................................................................................... - 9 - 2.3.2 电化学刻蚀法................................................................................... - 10 - 2.3.3 显微操纵法....................................................................................... - 11 - 2.4 本章小结...................................................................................................... - 12 - 3. 光子晶体的分析理论与方法................................................................................ - 13 - 3.1 基本理论分析基础—麦克斯韦方程组...................................................... - 13 - 3.1.1 麦克斯韦方程组............................................................................... - 13 - 3.1.2 本构方程关系式............................................................................... - 15 - 3.2 色散与群速度.............................................................................................. - 17 - 3.3 光子晶体的分析计算方法.......................................................................... - 18 - 3.3.1 时域有限差分法............................................................................... - 18 - 3.3.2 平面波展开法................................................................................... - 21 - 3.4 本章小结...................................................................................................... - 25 - 4. 二维光子晶体设计................................................................................................ - 26 - 4.1 二维光子晶体波导滤波器研究.................................................................. - 26 -
调谐与失谐滤波
无源滤波器与并联电容器的应用 1 谐振 谐波与并联电容器在低压电网中并存时，最怕的就是引发串联谐振与并联谐振。 1.1 串联谐振 若谐波来自电源系统，则变压器的电抗和低压并联电容器的电容在一定的参数下配合，就能引发串联谐振，有数字实例，一台Uk为6%的1000kVA变压器，在低压母线上接有160kVar的并联电容器，结果引发了11次谐波的谐振，使电容器中的11次谐波电流达175A，电容器中的基波电流只有233A，总有效电流为313A，过载1.35倍，已超过允许值1.30倍。负载母线上11次谐波电压畸变系数达6.9%，也已超过允许值，而低压电源(含变压器阻抗ZT在内)母线上的畸变率只有1.5%。 1.2 并联谐振 若谐波源来自低压侧的非线性负荷，例如变频器，则变压器的电抗(加上电源系统的少量电抗)和低压侧的电容可构成并联谐振，也有数字实例，低压侧接有300kvA的驱动装置，结果引发11次谐波的并联谐振，使电容器中11次谐波电流达到212A，已大于电容器中基波的90%，总有效电流达334A，过载1.45倍，也超过允许值1.30倍，其实负载的11次谐波电流才39A，又11次谐波电压的畸变率已达8.3%，大大超过允许值。 2 避免谐振的措施 措施之一为改变网络元件的电抗电容量值，然而，它的可能性不大，特别当电容器组是自动控制的场合，将有许多谐振条件都要考虑。同时要注意，即使系统参数只是接近谐振频率也能使电容器组过电流和电压畸变率超过标准。 最常用的方法是与电容器串联一个电抗器，调谐的谐振频率低于网络中产生的最低次谐波的频率，这样，无论是串联谐振还是并联谐振就不会发生。 现代的工业和建筑物电网中完全没有谐波电压和电流是不可能的，那么是否凡并联电容器都要串电抗器呢？那也不一定，如果需要串，电抗值取多少呢？下面着重讨论1000V以下低压电网情况。 2.1 并联电容器组(不串电抗器)[1] 当不存在谐振条件即电网的电抗值和并联电容器的电容值所构成的谐振频 率比较高而负载产生的谐波电流和母线的谐波电压又很低时，此时，不需要考虑降低谐波值，但是IEC标准[1]并未给出划分界线的具体数据。笔者认为，谐波
晶体滤波器
晶体滤波器 百科名片 晶体滤波器crystal filte，用晶体谐振器组成的滤波器。与LC谐振回路构成的滤波器相比，晶体滤波器在频率选择性、频率稳定性、过渡带陡度和插入损耗等方面都优越得多，已广泛用于通信、导航、测量等电子设备。 目录 简介 革新 分类 1. 分立式晶体滤波器 2. 集成式晶体滤波器 简介 革新 分类 1. 分立式晶体滤波器 2. 集成式晶体滤波器 展开 编辑本段简介 1921年W.G.凯地将晶体谐振器用于各种调谐电路，形成了晶体滤波器的雏形。1927年L.艾斯本希德把晶体谐振器用于真正的滤波电路。1931年W.P.梅森又把它用于格型滤波器。60年代中期，集成式晶体滤波器研制成功，晶体滤波器在小型化方面有了很大发展。石英晶体谐振器是最常用的晶体谐振器之一，它在滤波器中主要用作窄带通滤波器。钽酸锂或铌酸锂晶体谐振器的耦合系数和频率常数较大，适用于制做高频宽带通滤波器。其他压电材料因温度稳定性较差，很少采用。 编辑本段革新 石英晶体谐振器是最常用的晶体谐振器之一，它在滤波器中主要用作窄带通滤波器。钽酸锂 ?? 图1a 或铌酸锂晶体谐振器的耦合系数和频率常数较大，适于制做高频宽带通滤波器。其他压电材料因温度稳定性较差，很少采用。（见压电器件）。当作用于晶体谐振器的电信号频率等于晶体的固有频率时，电能通过晶体的逆压电效应在晶体中引起机械谐振产生机械能;在输出端,正压电效应又将这种机械能转换为电信号。晶体谐振器及其等效电路和阻抗特性如图1。其中，L1、C1和R1分别代表晶体谐振器的动态电感、动态电容和动态电阻；C0为晶体支架和电极间的静态电容。R1通常很小，可忽略不计。这样，图1a的等效电路可视为纯电抗二端网络。谐振器的串联、并联谐振频率f1、f2以 ?? 比值公式 及比值f2/f1分别为 ?? 相关公式 比值 f2/f1随比值C1/C0而异。这个特性可以用来调节晶体滤波器的通频带。例如，谐振器外接一个串联电容器,等效于C1减小、f1升高；而外接一个并联电容器,则等效于C0
(完整版)基于MATLAB窄带带通滤波的设计毕业设计
本科毕业论文（设计）
题目基于MATLAB窄带带通滤波的设计
巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本人签名：日期：年月日 巢湖学院本科毕业论文 (设计)使用授权说明 本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文(设计)的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文(设计)被查阅和借阅；学校可以将毕业
论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。 保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。 本人签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
基于MATLAB窄带带通滤波器的设计 摘要 随着现代网络、通信及无线电技术的快速发展，频率资源变得日益紧张，滤波器作为分离有用信号和干扰信号的重要部件，其性能的优劣直接影响信息系统的质量。论文讨论窄带带通滤波器的设计问题，这对实际应用具有重要的指导意义，文中讨论了FIR滤波器和IIR滤波器设计中的原理方法和它们之间的优缺点。为了深入讨论这些问题，论文利用MATLAB语言进行窄带带通滤波器的设计和并利用Simulink模块进行带通滤波器的仿真。 设计中选用FIR滤波器和IIR滤波器进行设计，设计的结果突出了它们之间的特点，对设计的方法和算法有启示意义，不同性能指标应选用不同设计方法以实现实际应用中的经济效益。 关键词：FIR；IIR；MATLAB；Simulink Narrow Band Flter Design Based on MATLAB Abstract Frequency resources get more and more nervously with the modern communication network and radio technology fast development. Filter is an important section to take part of the useful signal and disturbed signal. And the filter’s function influences the signal system directly. The thesis discusses the design question of narrow band bandpass filter. It’s important to guide reality utilization. The paper discussed FIR filter’s and IIR filter’s theory of the designing way and the advantage and shortcoming of them. Making use of MATLAB and simulink model toolbox of MATLAB to design the narrow band bandpass filter .
光子晶体滤波器
光子晶体滤波器理论基础 2.1 光子晶体概述 2.1.1光子晶体概念 光子晶体也叫光子带隙材料（PBG ）,它的概念是在1987年分别由S ．John 和E ．Yablonovitch 等人提出来的。经过几十年的发展，光子晶体已成为人们非常关注的领域。所谓光子晶体，是一种介电常量呈空间周期性分布的人工介质结构，它具有光子禁带，频率和能量处于禁带内的光子无法进入光子晶体内部，在光子晶体内部完全被禁止存在[12-14]。在固体物理研究发现，晶体中的周期性排列的原子所产生的周期性电势场中的电子有一个特殊的约束作用。在这样的空间周期性电势场中的电子运动是由如下的薛定谔方程决定的： （2.1） 其中）（r V →是电子的势能函数，它有空间周期性。我们求解以上方程(2.1) 可以发现，电子能量Ｅ只能取某些特殊值，在某些能量区间内方程无解―― 即电子能量不能落在在这样的能量区间，通常称之为能量禁带。研究发现， 电子在这种周期性结构中的德布罗意波长与晶体的晶格常数有大致相同数 量级。 ＝０，－ E 2m + 2??? ??ψ?????????? ????? ???→→t V r r
从电磁场理论知道，在介电系数呈空间周期性分布的介质中，电 磁场所服从的规律是如下所示的Maxell 方程： 其中，0ε为平均相对介电常数，??? ??→r ε为相对介电常数的调制部分，他 随空间位置作周期性变化，Ｃ为真空中的光速，ω为电磁波的频率， ()t r E , 是电磁波的电矢量，可以看到方程式 1.1)和(1.2)具有一定的相似性。事实上，通过对方程式(2)的求解可以发现，该方程式只有在某些特定的频率ω处才有解，而在某些频率ω取值区方程无解。这也就是说，在介电常数呈周期性分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止的，通常 图2.1光子禁带示意图 称这些被禁止的频率区间为＂光子频率禁带＂(Photonic Band Gap )，如图2.1所示，而将具有＂光子频率禁带＂的材料称作为光子晶体。 而我们正是利用光子晶体的“光子频率禁带”这一特点来制作滤波器，使其满足我们需要的波段要求，具有较大的实际意义。 ＝０，－＋Ｃ＋??? ??→????????????? ????? ???→t r E r εεω0222（1.2）
【CN209299241U】基于微波光子转换和平衡零拍探测的微波接收机【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920379897.1 (22)申请日 2019.03.25 (73)专利权人 安徽问天量子科技股份有限公司 地址 241000 安徽省芜湖市高新区漳河路 14号 (72)发明人 韩正甫 安雪碧 石英亮 周胜 郝鹏磊 宋红岩 丁禹阳 章丽 王春生 秦武 (74)专利代理机构 江苏斐多律师事务所 32332 代理人 王纯洁 王长征 (51)Int.Cl. H04B 1/18(2006.01) H04B 10/61(2013.01) G01S 7/285(2006.01) G01S 7/35(2006.01) (54)实用新型名称 基于微波光子转换和平衡零拍探测的微波 接收机 (57)摘要 本实用新型公开了一种基于微波光子转换 和平衡零拍探测的微波接收机，包括微波天线及 信号预处理系统、微波光子转换单元和平衡零拍 探测器，微波天线及信号预处理系统与微波光子 转换单元连接，微波光子转换单元与平衡零拍探 测器连接；微波天线及信号预处理系统用于探测 待测物体反馈的回波信号并对回波信号进行预 处理；微波光子转换单元用于将预处理后的微波 信号转换为光子信号；平衡零拍探测器用于接收 微波光子转换单元转换的光子信号和与光子信 号具有固定相位差的本振光并对光子信号和本 振光进行处理从而得到输出信号。本实用新型先 将微波转换为光子，后利用平衡零拍探测器对光 子信号进行探测，可大幅提高微波接收机探测的 灵敏度。权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 209299241 U 2019.08.23 C N 209299241 U
无源滤波器设计
长沙学院 模电课程设计说明书 题目 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期
数字电子技术课程设计任务书(11)系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一．无源滤波器的简介 (5) 1.无源滤波器定义 (5) 2.无源滤波器的优点 (5) 3.滤波器的分类 (5) 4.无源滤波器的发展历程 (5) 二．无源滤波器的工作原理与电路与电路分析 (6) 1.工作原理 (6) 2.电路分析 (7) 三．设计思路及电路仿真 (11) 1.无源低通滤波器 (11) 2.无源高通滤波器 (11) 3.无源带通滤波器 (12) 4.无源带阻滤波器 (13) 四．设计心得与体会 (15) 五．参考文献 (15)
一．无源滤波器的简介 1.无源滤波器定义 无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。 2.无源滤波器的优点 无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。 3.滤波器的分类 ⑴按所处理的信号 按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 ⑵按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 ⑶按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 4.无源滤波器的发展历程 （1）1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。 （2）20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。 （3）自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展； （4）到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。 （5）80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。 （6）90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。 当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。
晶体滤波器设计
晶体滤波器设计 图5.1-9 几种切型的频率温度特性曲线由图可知AT切型在-55~+85度之间频率变化都很小，特别是在-20~+40度范围内，频率基本上与温度无关。2、石英谐振器等交电路 及电抗频率特性（1）石英谐振器等效电路模拟晶体谐振点附近情况，它相当于一个串联谐振电路，因此可用集中参数LS、CS、RS来等效，LS称之动态电感，CS称之动态电容，RS称之动态电阻，其基频等效电路见图5.1-10图5.1-10 石英谐振器基频等效电路图中右边支路的电容C0称为石英谐振器的静电容。它是以石英为介质在两极板间形成的电容，其容量主要决定于石英片尺寸和电极面积，可用下式表示；式中E为石英的介电常数；S为极板面积；D为石英片厚度。C0一般在几皮法到几十皮法之间。石英晶体的Q值非常高，是一般LC振荡回路远所不及，Q值与动态参数关系为目前广泛使用的AT切型密封谐振器Q值，一般为（50~300）*10的3次方，而精密型的Q值可达（1~5）*10的8次方。（2）石英谐振器等效电路电抗频率特性由等效电路可知，有两 个谐振角频率，一为左支路的串联谐振角频率WS，即石英片本身自然角频率另一石英谐振器的并联谐振角频率当忽 略动态电阻RS的影响时，由石英晶体和等效电路可求其效电抗X。其电抗频率特性曲线示于图5.1-11。图5.1-11 石
英谐振器电抗频率特性由图5.1-11可见当W大于WPW、W小于WS时电抗JX为容性；当W在WS、WP之间时，电抗JX为感性。石英晶体滤波器工作时，石英晶体两个谐振频率之间的宽度，通常决定滤波器的通带宽度。为要加宽滤波器的通带宽度，则必须加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度，这通常可用外加电感与石英晶体串联或并联的方法来实现。表5.1-8示出部分石英晶体的主要性能。差接桥型带通晶体滤波器设计晶体滤波器也有两种方法：一是影象参数法；另一是有效参数法（即综合法）。综合法是目前广泛采用的有效方法。在许多现代电子设备中应用最多的是带通晶体滤波器，按其频带分类有察窄带、中等带宽、宽带三类，其相对带宽分别为小于0.1%以下、0.1%~1%和大于1%。带通晶体滤波器中，以差接桥型或称之格型应用最为普遍，差接桥型电路实际上是惠斯登电桥电路。其典型形式有以下两种：1、窄带差接桥型带通晶体滤波器此种滤波器的零件参数是由网络综合法设计计算得出的。先将全极点归一化低通LC梯型电路转换成带通梯型电路，然后再由巴尔特勒特中剖定理，将梯型电路变换差接型电路或桥型电路或桥型电路，并用晶体谐振器等效来实现。窄带差接桥型带通晶体滤波器电路的设计请参阅文献（7）。2、宽带差接桥型带通晶体滤波器的设计表5.1-9列出了个设计公式和例子。晶体滤波器定型产品的选用目前，国内外都已经生产出具有一定
微波光子信号处理技术
I 光纤布拉格光栅FBG 1、光纤布拉格光栅简述 光纤Bragg 光栅是掺锗单模石英光纤经紫外光照射成栅技术形成的全新光纤型光栅，其结构如图1-1所示。成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg 光栅效应。这种光栅的基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波器，像镜子一样工作，它只反射Bragg 中心波长B λ的光，而对所有其 它的波长进行传输 。图1-2用输入光波的反射谱和透射谱很直观地说明了这个问题。布拉格波长为 2B eff B n λ=Λ （1-1） 其中eff n 为有效折射率，B Λ为光栅的布拉格周期。 图1-1 光纤布拉格光栅结构示意图 图1-2 光纤布拉格光栅光谱特性说明
2、光纤布拉格光栅的分类 光纤Bragg光栅的周期一般在100nm数量级，按照折射率调制的周期和幅度的不同，可以分为均匀光纤Bragg光栅、啁啾光纤Bragg光栅、相移光纤Bragg 光栅和取样光纤Bragg光栅等等。 均匀光纤Bragg光栅的特点就是光栅的周期和折射率调制度大小均为常数，是最常见的一种光纤光栅。 啁啾光纤Bragg光栅就是在普通的均匀光栅中引入啁啾量，即光栅周期不再是一个恒定值，而是随位置而改变。光栅的Bragg反射波长是关于光栅周期的一个函数，因此它也随位置而改变。图1-3所示为啁啾光纤光栅的结构示意图。 图1-3 啁啾光纤光栅的结构图 相移光纤光栅的特点是光栅在某些位置发生相位跳变，通常是P相位跳变，从而改变光谱的分布。相移的作用是在相应的反射谱中打开一个缺口，相移的大小决定了缺口在反射谱中的位置，而相移在光栅波导中出现的位置决定缺口的深度，当相移恰好出现在光栅中央时缺口深度最大，因此相移光纤光栅可用来制作窄带通滤波器，也可用于分布反馈式光纤激光器。 采样光纤光栅的特点是光栅由许多小段光栅构成，折变区域不连续，如果这种不连续区域的出现有一定周期性则又称为超结构光栅，其反射谱出现类似梳状滤波的等间距尖峰，且光栅长度越长则每个尖峰的带宽越窄，反射率越高；采样光栅结构示意图如图1-4所示。
090801单调谐滤波器设计
单调谐滤波器设计原理和问题 一、谐波的概念 对周期为ω π 2= T 的非正弦电压)(t u ω，一般可以分解为傅里叶级数： )sin cos ()(1 0t n b t n a a t u n n n ωωω++=∑∞ = 或者 )sin()(1 0n n n t n c a t u ?ωω++=∑∞ = 其中，一般把频率为 T 1 的分量成为基波；频率大于基波整数倍的分量成为谐波。 n 次谐波电压含有率以HRU 率表示： %1001 ?= U U HRU n n n U 为第n 次谐波电压有效值，1U 为基波电压有效值。 谐波电压含量H U 定义为：∑∞ == 22n n H U U 谐波电压总畸变率u THD 定义为：%1001 ?= U U THD H u 谐波电流的定义和度量与谐波电压相关表示相同。 二、电力系统的谐波源及其危害 电网中主要的谐波源可分为两大类： 一是含有半导体非线性元件的设备，如各类整流设备、交直流换流设备、变流器、逆变器、变频器、晶闸管控制器等； 二是含有电弧和铁磁非线性元件的设备，如电弧炉、电焊机、荧光灯、铁磁谐振等设备。 产生电力谐波的行业和主要的非线性设备： 钢铁、冶金行业：电弧炉、精炼炉、直流炉、轧机、中频炉、高频炉、各种电力电子设备； 机械、石油、化工、轻工行业：轧制机械、变频调速装置、电解槽、整流器、换流
设备、电焊机、感应加热炉； 铁道、矿山、水厂行业：牵引机车、升降机、调速拖动装置、变频调速装置、直流充电机、消磁机、变频驱动装置。 车站、机场、码头、电信、广播行业：照明调光设备、直流电源、不间断电源、交直流逆变器、射频发射机、通信交换机、变频电源。 商业建筑和居民区：照明调光设备、直流电源、不间断电源、变频电源、家用电器。 谐波对电力系统或并联的负载产生种种危害，危害的程度决定于谐波量的大小和现场条件等因素。谐波使得电动机负载加重，产生振荡转矩，转速周期性变化。集肤效应使电动机和变压器铜损、铁损增加而过热；使变压器铁心产生磁滞伸缩现象，噪音增加。电压波形畸变对电动机和变压器绝缘游离（局部放电）过程的产生和发展有很大的影响，引起绝缘介质强度降低，使用寿命缩短。谐波使电力电缆容量减少，损失增加，老化加剧，泄漏电流加大，有时会引起单项对地击穿。谐波对通讯设备、自动和远动装置、继电保护、测量设备和仪表等有各种危害。 谐波对用以补偿无功功率的并联电容器发生谐振，对原有的谐波产生放大。 电力系统中的谐波主要有3，5，7，11，13次谐波。 工业负载所产生的畸变电流电压波形主要含有5，7，11，13次。 电力系统也存在大量的3次谐波。除了电气化铁道，电弧炉负荷是3次谐波源以外，根据大量测试分析结果证明，变压器也是电力谐波的一个重要发生源，其主要成分是3次谐波。由于变压器的激磁电流加上铁芯的磁饱和，以及电力系统中普遍存在的3相电路与磁路的不对称，三相电源电压不仅在幅值上有差别，而且在相位上不是各差120°，故即使在变压器三角绕组侧的线电压，线电流中也仍然存在3次谐波分量，它们是正序和负序分量。因此，3次谐波遍及电网，尤其是在负荷低谷时，随着电网运行电压的升高，变压器铁芯饱和程度的加深，其产生的3次谐波含量也随之增大。 三、单调谐滤波器的原理 如下图所示RLC串联电路： 一般定义在端口电压 . U与电流 . I同相时，该串联电路就处与谐振状态。而此时的频率就称为谐振频率。 此时：= . U . I Z = . I) 1 ( C j L j R ω ω- + ? 所以在谐振状态时， C j L j ω ω 1 =。